摘要：近日，中国科学院近代物理研究所（以下简称“近代物理所”）马新文研究员团队在粒子碰撞机制研究领域取得重大突破，相关成果荣获2023年度甘肃省自然科学奖一等奖。这项研究揭示了微观世界中前所未见的解离机制，为癌症精准治疗和深空探索提供了新理论支撑，也让“兰州‘智’造

该团队朱小龙研究员讲解相关原理知识

近日，中国科学院近代物理研究所（以下简称“近代物理所”）马新文研究员团队在粒子碰撞机制研究领域取得重大突破，相关成果荣获2023年度甘肃省自然科学奖一等奖。这项研究揭示了微观世界中前所未见的解离机制，为癌症精准治疗和深空探索提供了新理论支撑，也让“兰州‘智’造”的科研装置再次走上国际前沿。

从看不见到看清楚

首次实证粒子能量跳跃

粒子世界微观且神秘，长期以来科研人员都在努力揭开它的“面纱”。

“我们在探索的是一个肉眼看不见的世界。”马新文打了个比方，“粒子高速碰撞时，就像台球撞击，每一次碰撞背后，都藏着宇宙物质演化和生命起源的秘密。”

依托兰州重离子加速器这一国家级大科学装置，该团队用自主研发的“超级显微镜”——反应显微成像谱仪，首次在微观尺度下捕捉粒子碰撞瞬间的全貌。

在实验中，科研人员成功验证了爱因斯坦设想的经典模型，揭示了粒子之间能量“跳跃式”传递的全过程，实证了质子穿越氢键、重离子的量子隧穿效应以及电子诱导的库仑衰变等关键微观机制。

他们还创新性地提出了“量子光栅”概念，借助周期性势场的调控，实现了对粒子方向性的精密操控，为微观粒子的输运研究开辟了全新路径，这项成果被国际同行高度评价，认为其“突破了传统碰撞理论的认知边界”。

更令人振奋的是，团队的研究成果为癌症治疗带来更高精准度。尽管重离子治疗技术因其高效杀伤肿瘤细胞而广泛应用，但其中的关键机制，“肿瘤为何被精准消除”长期未被完全揭示。

此次研究通过模拟人体微环境，发现粒子碰撞可直接破坏癌细胞DNA的双链结构，触发其不可逆的损伤反应。同时，该团队还揭示了重离子作用下分子碎裂与能量转移的微观机制，为实现“用10发粒子精准命中肿瘤”的治疗模式提供了坚实的理论支撑。

二十年磨一剑

扎根西北打造尖端科研利器

为了捕捉粒子世界中那一瞬即逝的“能量跳跃”过程，科研人员不仅需要前瞻性的理论判断，更离不开高精度的实验利器。

二十多年前，在重离子物理实验几乎一片空白的背景下，研究团队下定决心，从零开始研制一台能够“看清”粒子碰撞的设备——反应显微成像谱仪。

“它就像一台超级照相机，能拍下粒子碰撞后四散的‘电影’画面。”许慎跃研究员形象地比喻。

高精度测量是量子少体动力学实验的核心难点。为此，团队攻克了探测器噪声、电荷积累、电源纹波等多项干扰因素，甚至对微小零部件如螺丝钉的磁性都进行了特殊处理，最终实现了对单个原子在10米自由落体过程中所携动量的高精度监测，为微观物理研究打开了一扇全新窗口。

“通过捕捉粒子碰撞后的碎裂轨迹，我们可以利用数据分析还原碰撞过程。”闫顺成研究员介绍说。

从最初的“模糊照片”到如今的“高清画面”，谱仪已历经三代技术迭代。最新一代设备不仅首次捕捉到粒子“跳跃”传递能量的瞬态过程，还完整还原了能量迁移的微观路径。这一从原理验证到精准可控的跨越，标志着我国在微观粒子研究领域实现了从“跟跑”到“领跑”的飞跃。

一代代接力

老中青共绘粒子物理新蓝图

在研究所，平均年龄仅35岁的团队像一个“大家庭”，由30余名骨干组成，具备典型的“老中青”结构。老专家深挖科学难题，年轻人带来新奇创意，形成理论深度与技术广度的有机结合。

朱小龙研究员坦言，“年轻人经常能从AI、计算、材料等领域引用新工具，我们都很惊喜。”曾有成员通过图像反卷积优化粒子轨迹重建，大幅提升了解析效率，“问他怎么想到的，他说是从AI绘图教程里学来的。”

年轻人“破题”后，由资深专家进行系统优化与物理验证，确保创意落地。

“我们发现，单个电子的实空间量子叠加态可以起到杨氏双缝实验中的‘双缝’作用。”张少锋研究员分享道。这一发现被斯坦福大学的教授在《自然》期刊引用，并高度评价其理论意义。目前，团队已与国外多家科研机构建立合作，推动前沿成果走向全球。

依托兰州重离子加速器，这项微观粒子研究正不断突破传统理论的边界，打开了通向新现象、新机制的大门。正如基础研究之于科技，是根，是源，是点燃创新火种的第一束光。国家层面也在持续加大支持，鼓励探索，容许试错，摆脱“唯论文”束缚，为青年科研人才营造敢闯敢试的宽广舞台。

这些默默耕耘的科研者，或许鲜有抛头露面，却在静默中做着改变世界的工作。他们用每一个实验，每一项突破，为人类更清晰地认识自己、认识宇宙，缓缓打开一扇通往未来的窗。

“说到底，我们做的事，就是帮人类，把这个世界，看得更清楚一些。”马新文的话，朴素却有力。

“这个奖不是终点，而是新的起点。”张少锋说。

未来，他们将推动谱仪第四代技术的推广与升级，为基础科学注入新动能。

◆记者手记

从不确定到确定 他们在兰州写下答案

采访马新文研究员团队时，记者脑海中总浮现一句话：“真正改变世界的，常常是在安静中坚持的人。”从反应显微成像谱仪的“雏形”到如今三代迭代后的“高清画面”，这个团队用了二十多年。而真正让记者感到震撼的，不只是他们攻克技术瓶颈的能力，而是那种把每一颗螺丝钉都当作科研变量来对待的细致，一种“看不见的世界，也要看清楚”的执念。马新文说他们在研究“粒子的能量跳跃”，听起来很抽象，可当他用“打台球”来比喻粒子碰撞时的能量传递，记者忽然觉得，这一切距离我们并不遥远。

当他们谈起癌症治疗中“打10发粒子就够”的精准构想，那一刻，记者深刻发觉，基础研究也可以如此有温度。汤汤黄河，流淌千年文明；灼灼微光，照亮万象之初。在这座因黄河而柔美、因人文而厚重的城市，有人选择了与重离子为伍，他们默默深耕，不追热点、不求喧哗，就像双缝实验中那束光，粒子的轨迹因为被“看见”而改变。科学的意义，也许正是在不断地“看见”中——哪怕只是一束微光，足以照亮一个全新的世界。

兰州日报社全媒体记者 华 静 文/图

来源：观澜新闻